Тепловой расчет источника питания SBC
Одноплатный компьютер (SBC) представляет собой простое комплексное решение многих задач управления. Популярность этой идеи привела к резкому увеличению количества продуктов SBC на рынке, которые охватывают широкий спектр требований к производительности и стоимости, от относительно простых решений на основе микроконтроллеров до сложных, но компактных высокопроизводительных процессоров и программируемых пользователем гибридных вентилей. массивы. В общем, необходимость упаковать большое количество вычислительной производительности в маленькое пространство создает проблемы при проектировании корпуса и корпуса и оказывает цепное воздействие на подсистему электропитания.
Тепло напрямую влияет на работу электронных систем. Электронные схемы, особенно те, которые используются для преобразования и передачи энергии, обычно работают более эффективно при более низких температурах и, в свою очередь, имеют тенденцию рассеивать меньше энергии в виде отработанного тепла. По мере увеличения выходной мощности всей системы значительно увеличивается прирост эффективности, который можно получить за счет эффективного охлаждения.
Работа кулера также будет иметь цепную реакцию на надежность. Если системы будут эксплуатироваться при более низкой температуре, вероятность их выхода из строя в течение заданного времени будет снижена. Эти факторы делают важным рассмотрение всех возможностей при рассмотрении вариантов конструкции блока питания, таких как охлаждение и кривые зависимости нагрузки от эффективности. Существует три основных пути отвода тепла от электронных блоков типа источника питания: излучение, конвекция и теплопроводность. Для электронных систем, используемых в большинстве сред, наиболее важны конвекция и теплопроводность.
Посредством конвекции, когда энергия передается от твердых компонентов системы к молекулам воздуха, тепло будет передаваться от источника питания. Скорость потери тепла пропорциональна скорости воздуха, проходящего через систему. Следовательно, принудительное воздушное охлаждение обеспечит большую степень охлаждения, чем естественное движение, создаваемое тепловым узлом, передающим энергию молекулам воздуха.
Теплопроводность через подложку печатной платы или корпус системы обеспечивает еще один способ рассеивания тепла от источника питания, хотя традиционно считается менее важным, чем конвекция. Кроме того, в системе на основе SBC также важно, чтобы тепло блока питания не могло передаваться процессорному комплексу, поскольку это повысит вероятность того, что устройство войдет в режим теплового отключения для самозащиты в условиях высокой нагрузки.
Как правило, высокое содержание меди в печатной плате и металле корпуса обеспечивают хороший путь для отвода тепла от источника питания за счет теплопроводности. Радиаторы, установленные снаружи корпуса, помогут передать тепло от системы в места, где оно может быть потеряно за счет конвекции. Зазор между охлаждаемым оборудованием рекомендуется заполнить теплопроводным клеем и максимально увеличить передачу тепла от оборудования к радиатору. Болты или хомуты увеличивают контактное давление, что также улучшает передачу тепла к радиатору.
Направление подачи питания в системе также влияет на эффективность охлаждения в зависимости от расположения внутренних компонентов. Поскольку горячий воздух имеет тенденцию подниматься вверх, блок питания, установленный под SBC, стремится передать тепло компонентам процессорного комплекса. Если плата установлена вертикально, а блок питания сбоку, влияние горячего воздуха будет меньше. Тем не менее, чувствительные к нагреву компоненты лучше размещать в нижней части устройства.
Если радиаторы используются внутри, ребра самого большого радиатора должны быть параллельны направлению воздушного потока. Естественно, поток воздуха будет ограничен препятствиями, что нужно учитывать. То, как воздух выходит из системы, поможет определить эффективность воздушного потока. Чтобы предотвратить накопление давления и снизить эффективность вентилятора, площадь поперечного сечения воздуховыпускного отверстия должна быть не менее чем на 50 % больше, чем площадь поперечного сечения впускного отверстия.
Принимая во внимание эти факторы, учитывая тепловые параметры, разработанные для всей системы, разработчики могут не только в полной мере использовать доступность высокопроизводительных SBC, но и в полной мере использовать готовые силовые преобразователи.
